超導風機首次測試成功,完成 7 個月、650 小時併網發電

作者 | 發布日期 2019 年 11 月 18 日 14:00 | 分類 能源科技 , 風力 follow us in feedly


歐洲科學家歷經 7 個月的努力嘗試,最近成功在丹麥完成劃時代的超導風機首次測試。

所謂的超導材料,即是當溫度降至某個程度、達超導臨界溫度時,材料就會顯現出兩大特殊現象,其中一個特性為「零電阻」,電流在超導體內部流動時不會有任何損耗;另一個則是「抗磁性」,超導體內部磁場為零,完全排斥磁場,也被稱為邁斯納效應。

那麼超導材料在風機設備中,能提升哪方面的性能呢?首先因為零電阻和完全抗磁性優點,能提高電流與產生高磁場,拉高整體的發電量,除此之外,也可以降低稀土的使用量。

傳統的風機主要採用直接驅動永磁型發電機,透過稀土元素組成永久磁鐵(permanent magnet),最後磁鐵在線圈內旋轉發電、將機械能轉換成電能。目前每支風機平均得消耗 1 噸稀土,在稀土短缺、更已成為戰略資源的情況下,降低稀土用量為許多產品的對策。

來自荷蘭特文特大學的通訊作者 (corresponding author)Anne Bergen 表示,風機的尺寸在過去 10 年間不斷增長,但轉換與性能的增長水準難以跟上。現在科學家為了攔截風速更快、更穩定的風,風機高度已從現在的 90 公尺朝 200公尺邁進,但未來總不能打造400、500公尺高,又或是過重的風機,要再突破高度也會面對繁多的技術瓶頸,還是需要另尋突破途徑。

而由歐盟資助的 EcoSwing 已經打造出 3.6MW 的超導風機,透過稀土鋇銅氧化物(rare earth barium copper oxide,REBCO)製成的高溫超導發電機,取代舊有的永磁發電機,其中科學家用 40 種超導材料繞成線圈,可降低稀土使用量與減輕風機重量與尺寸,隨後也在寒冷多雨的丹麥西北岸小漁村曲博倫(Thyborøn)進行 7 個月的測試。

說是高溫超導風機,但其實他的溫度一點也不高,超導材料得在超級低溫下才能運作,高溫超導體系統的「高溫」只是跟低溫超導體相對的形容而已,EcoSwing 的超導材料是處在 -242°C 的設備中。雖然冷卻工作難度高,但回饋多。

超導風機由於轉換效率與功率密度雙高,風機葉片也不會因逕流與過剩浪費能量,可進一步減輕風力發電機組的重量與尺寸,最終得以減少風能材料成本。

至於在丹麥的測試結果如何? Bergen 表示,現場測試非常成功,超導渦輪機發電功率已達目標,更完成超過 650 小時的併網運作,顯示超導風機可面對變速、電網故障、電磁諧波和振動等難題,盼望未來超導風機能實際應用在市場中。

(首圖來源:Flickr/skyseeker CC BY 2.0)

延伸閱讀: